PRÁCTICA: VENTILADOR CENTRÍFUGO

PRÁCTICA: VENTILADOR CENTRÍFUGO
htttp://www3.uco.es/moodle
Descripción del equipo y esquema de la instalación
La instalación en la que se lleva a cabo esta práctica es un banco de ensayos preparado para
fines docentes, que está integrado fundamentalmente por un ventilador centrífugo, que será
ensayado, tubería de aspiración y descarga y varios sensores de medida.
1. Bastidor
2. Ventilador centrífugo con álabes hacia atrás
3. Sensor de presión (para la medida del caudal)
4. Sensor de temperatura
5. Sensor de presión diferencial
6 y 7. Sensor de velocidad del ventilador
8. Válvula de mariposa en la tubería de salida para regular el caudal
(Diámetro de la tubería de aspiración: 122 mm Diámetro de la tubería de impulsión: 100 mm)
Área de Máquinas y Motores Térmicos
Prácticas de Laboratorio
Objetivos. Los objetivos de esta práctica son:
1. Determinar la curva motriz del ventilador para varias velocidades del motor
Introducción teórica. Un ventilador centrífugo consiste en un rotor encerrado en una envolvente
en forma de espiral. El aire entra a través del conducto horizontal, en sentido paralelo al eje del
ventilador, succionado por el rotor. El aire es impulsado por el rotor y recogido por la
envolvente de descarga hasta el conducto vertical de salida. Los rotores pueden disponer de
álabes curvados hacia delante o hacia atrás.
1. Aspiración
2. Rotor del ventilador (el aire aumenta su velocidad)
3. Carcasa (el aire se decelera transformándose su energía cinética en energía de presión)
4. Impulsión
La curva motriz de un ventilador relaciona la energía útil entregada por el ventilador al fluido,
H  hb,u , y el caudal que impulsa. Para determinar estas variables se emplean las siguientes
ecuaciones:
P1
V2
P
V2
 1 1  z1  hb,u  2   2 2  z2  ht ,e  hL
1 g
2g
2 g
2g
Wb,u   gVhb,u
(2.1)
(0.1)
donde hb ,u es la energía útil en forma de altura que aporta el ventilador al fluido medida en m, y
Wb ,u es la potencia útil entregada por el ventilador al fluido.
El rendimiento total de un ventilador se mide con el cociente entre la potencia útil entregada por
el ventilador al fluido y la potencia eléctrica consumida por el motor eléctrico:
bomba motor 
Wb ,u
Welect
(2.3)
La curva resistente de una instalación representa la energía requerida por el fluido para circular
por la instalación venciendo las pérdidas de carga mayores y menores del circuito.
La determinación de las pérdidas de carga mayores en tuberías se realiza empleando las
ecuaciones:
V
(2.4)
V
S
Re 
V D
(2.5)

hL , mayor  f 
L V2

D 2 g
(2.6)
Para las pérdidas menores en los accesorios de la instalación se emplea la ecuación:
hL, menor  K L 
V2
2 g
(2.7)
Método experimental. A continuación se detallan los pasos a seguir para resolver la práctica.
Todos los cálculos y resultados se entregarán en un único archivo del programa EES.
1. Obtención de la curva motriz del ventilador con álabes curvados hacia atrás
Para obtener la curva motriz del ventilador se realizarán varias medidas, a continuación se
detallan los pasos a seguir.
Antes de arrancar el ventilador, se realizarán las siguientes comprobaciones:
a. Válvula de mariposa abierta
 Se conectará el ventilador y se arrancará suavemente aumentando el número de rpm. Se
esperará hasta que se estabilice el caudal.
 Se fijará un número de revoluciones por minuto inicial para empezar a medir (a partir de
1400 rpm).
 Toma de datos
a. Se comenzarán a hacer las medidas con la válvula de mariposa abierta.
b. Se tomará el valor de caudal a la entrada de la tubería de aspiración en el
ordenador y se calculará la presión que debe estar midiendo el sensor a la
entrada de la tubería de aspiración (asumiendo un flujo sin pérdidas entre el
ambiente y la sección de entrada del ventilador. El aire en el ambiente se
considera en reposo).
c. Se tomarán medidas de la presión diferencial del aire a la entrada y a la salida del
ventilador. Aplicando la ecuación de conservación de la energía obtener: la altura
útil del ventilador, la potencia suministrada y el rendimiento.
d. Se tomarán datos de la potencia eléctrica para poder calcular el rendimiento.
e. La válvula de mariposa se irá cerrando para modificar el caudal. Se tomarán
datos de medida en al menos 10 posiciones distintas.
 Los anteriores apartados se realizarán para 5 valores de rpm distintos.





Se tomarán los mismos datos del apartado anterior para calcular la curva motriz del
ventilador a baja velocidad ajustando para cada posición de la válvula mariposa las rpm
del ventilador (ver tabla 2)
Los datos obtenidos se llevarán a una tabla paramétrica en el EES y se realizarán los
cálculos necesarios de: altura, potencia y rendimiento del ventilador (ver introducción
teórica). Se realizarán 5 gráficas en una misma ventana co los datos de la tabla 1 y una
nueva gráfica con los datos de la tabla 2.
Se representarán gráficamente los datos obtenidos y se ajustarán a una expresión del tipo
H motriz  a  b *V 2
Se obtendrá la curva característica del ventilador trabajando a distintas rpm. Las curvas
deberán ser representadas en un único gráfico en el programa EES.
Representar también, para cada rpm, las curvas de potencia eléctrica consumida y las
curvas de rendimiento total del ventilador.
TABLA 1: CURVA MOTRIZ DEL VENTILADOR
n1 1400
Experiencia
V
[m3/h]
P
[Pa]
ΔP
[Pa]
Wb ,u
[W]
Welec
[W]
bomba motor
Wb ,u
[W]
Welec
[W]
bomba motor
Wb ,u
[W]
Welec
[W]
bomba motor
Wb ,u
Welec
[W]
bomba motor
[%]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
n2
Experiencia
V
[m3/h]
P
[Pa]
ΔP
[bar]
[%]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
n3
Experiencia
V
[m3/h]
P
[Pa]
ΔP
[bar]
[%]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
n4
Experiencia
1
2
V
[m3/h]
P
[Pa]
ΔP
[bar]
[W]
[%]
3
4
5
6
7
8
9
10
n5
Experiencia
V
[m3/h]
P
[Pa]
ΔP
[bar]
Wb ,u
[W]
Welec
[W]
bomba motor
[%]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
TABLA 2: CURVA MOTRIZ DEL VENTILADOR
Experiencia
n1
n2
n3
n4
n5
n6
n7
n8
n9
n10
V
[m3/h]
P
[Pa]
ΔP
[Pa]
Wb ,u
[W]
Welec
[W]
bomba motor
[%]
Capítulo 1
y2